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解法: レインボー木によるリンゲル予想の証明(2020年)

ステップ 1/8: リンゲルの1963年の予想:完全グラフを木で詰める
ざっくり言うと

nn 本の辺を持つ木は n+1n+1 個の頂点を持ち閉路を持たない——最も単純な連結形状である。リンゲルは問うた:2n+12n+1 個の点のすべての組が結ばれた完全グラフ K2n+1K_{2n+1} は、選んだ1つの木の 2n+12n+1 個のコピーへと、各辺をちょうど1回使って常に完璧に分割できるか?ワレツキは1882年に木が単なる長いパスである特別な場合を解決していた。リンゲルの1963年の予想は、木がどのように枝分かれしていても同じことが成り立つと主張する。

K2n+1 decomposes into 2n+1 edge-disjoint copies of any tree T with n edgesK_{2n+1} \text{ decomposes into } 2n+1 \text{ edge-disjoint copies of any tree } T \text{ with } n \text{ edges}
詳しい解説

この予想が求めるのは厳密な辺分解である:nn 本の辺を持つ木 TT は n+1n+1 頂点を持ち、K2n+1K_{2n+1} は n(2n+1)n(2n+1) 本の辺を持つので、積 n⋅(2n+1)n \cdot (2n+1) がちょうど一致し、分解は TT のちょうど 2n+12n+1 個のコピーを使い K2n+1K_{2n+1} の各辺を一度ずつ覆わなければならない。Montgomery–Pokrovskiy–Sudakov(Geom. Funct. Anal. 2021、定理1.2)はこれを十分大きなすべての nn で、TT の形状や最大次数に制限なしに証明した。

この結果は、論文の序論が概観する部分的成果の長い系譜の上に立つ:Ringel の予想は以前、特別な族(古典的な道と星、caterpillar、高々 44 枚の葉を持つ木、Joos–Kim–Kühn–Osthus による次数有界の木)について知られており、Ferber–Samotij および Adamaszek–Allen–Grosu–Hladký は最大次数 O(n/log⁡n)O(n/\log n) の木に対し K2n+1K_{2n+1} のほぼ全域を覆う近似版を証明した。残っていた開いた部分——そして予想を難しくするもの——は極端な場合の合併である:まばらで、次数列が任意で、構造的に不均質な木。

証明は K2n+1K_{2n+1} を直接分解しない。代わりに、より強く一見無関係な主張——K2n+1K_{2n+1} の巡回距離によるすべての辺彩色が TT の rainbow コピーを含むこと(次のステップ)——を証明し、十分大きなすべての nn について分解を系として回復する。

このステップの用語
グラフ分解
グラフ GG の辺を、固定されたグラフ HH と同型な辺素な部分グラフへと分割し、GG の各辺がちょうど1つの HH のコピーに属するようにすること。
木
閉路を持たない連結グラフのこと。nn 本の辺を持つ木は自動的に n+1n+1 個の頂点を持つ。
このステップで使う知識